智能分注分層流量自動比對測試技術研究與應用

中國石油華油油田公司二連分公司

油田注水是開發過程中補充地層能量，提高采收率最有效、最經濟的方法，為了解油層或注水層段的吸水能力，鑒定分層配水方案的準確性等，需對分注井進行測調[1-2]。與傳統井下分注工藝相比，智能分注工藝能更好地實現注水井分層流量、壓力等參數連續監測與實時調整，實現無人工上井的遠程測調。

智能分注工藝是一種以電纜為媒介，無視井口和封隔器阻礙，通過地面無線控制系統，實時傳輸井下智能配水流量計與井口地面控制柜之間數據的新型分注工藝，實現智能分注井的全自動測調。但隨注入時間的推移，智能分注井下配水流量計可能會因為死油、雜質等臟物聚集到配水器附近堵塞水嘴，使計量通道口徑發生變化，在活動水嘴或加大排量沖洗無效的情況下，將造成流量漂移[3]。井下智能配水流量計堵塞物可能在水流的長時間沖刷下，有部分脫落或全部脫落，此時，比對測試后的井下配水流量計將再次發生流量漂移，需要重新比對測試。但堵塞物若是每隔一段時間脫落一部分，為了確保配水的準確性，就需要很頻繁的進行比對測試，因此開展了智能分注分層流量自動比對測試技術的研究與應用。依托已建數字化系統，在注水流量調節環節使用自動比對測試[4-5]，以自動化運行代替現場的人工操作，配套進行遠程監控、定期調控，形成一整套高效、安全的操作體系，保障分層注水的準確性，給油藏分析提供連續、準確的數據，以實現注水方案的動態調整，更好地實現油田精細注水需求。

1 分層流量自動比對測試工藝

1.1 流量漂移原因分析

二連油田現有智能分注井采用壓差式流量計，通過壓差計算流量[6]，其原理如圖1 所示。若計量通道堵塞口徑發生變化，流量便會產生漂移，最直觀表現為顯示的井下流量與高壓流量自控儀流量數據不符。

圖1 壓差式流量計原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of pressure differential flowmeter principle

井下流量計算式為

式中：qv為井下流量，m3/s；Cd為流量系數；A為孔口面積，m2；Δp為孔口前后壓差，Pa；ρ為流體的密度，kg/m3；

二連油田智能分注井井下配水器進水口安裝了過濾網，出水口安裝了防返吐組件，可避免過大的砂礫進入流量計和水嘴造成砂卡。在實際生產過程中，井筒雜質造成的過濾網及防返吐組件堵塞，一般可通過反洗井、提高注入壓力、開關水嘴激動注水解決。但對于個別水嘴堵塞，又無法完全將堵塞物去除干凈而造成井下流量漂移的井，則需要對井下流量計進行比對測試，使其滿足注水準確度需求。

1.2 井下流量計比對測試方法

井下流量計一旦下入井內后，要實現對其比對測試，必須找到一個可靠的同源流量計作為參照物，從而通過當前實際流量數據來求出井下流量計的漂移值。

從壓差式流量計的原理可知，井下流量漂移是因為計量通道堵塞，過流面積發生改變造成的，當前程序獲取的井下流量計通道直徑仍是未堵塞時的正常值，所以其計算出的瞬時流量與自控儀反饋的實際瞬時流量不符。因此，通過當前實際流量可以計算出井下流量計通道當前實際過流面積，從而根據未堵塞時的面積計算出堵塞面積，再通過修正瞬時流量計算公式達到比對測試的目的。

目前可通過人工方式逐層對流量漂移井的井口高壓流量自控儀數據與井下流量計數據進行瞬時比對，檢查流量漂移情況，然后通過修改地面控制柜程序內置參數對流量漂移層流量計進行井口比對測試[7-8]。

1.3 分層流量自動比對測試

自動比對測試工藝原理為：地面控制柜配套井口數據傳輸模塊，通過井場數據基站接入站控中心，并實現遠程實時監測和調整各層段的流量、內壓、外壓、溫度、開度、封隔器和配水儀位置、壓力報警、流量的上限報警和下限報警等數據；地面控制柜定時采集井下配水儀與高壓流量自控儀實時數據，若發現超出設定范圍，則執行自動比對測試命令，逐層對井下各層配水儀與高壓流量自控儀數據比對，并對檢測到的流量漂移層自動進行數據計算得出修正值；再用修正值修正該層瞬時流量計算公式，達到比對測試該層流量計的目的[9-10]。

自動比對測試工作流程見圖2。

圖2 自動比對測試流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of automatic comparison test flow

1.4 自動比對測試程序開發與升級

為完善數據遠程裝置與配套軟件，實現遠程數據采集和流量控制，對站控中心的控制系統程序進行功能升級并配套站控平臺程序開發，從而實現控制柜對自控儀數據的實時獲取以及自動比對測試功能[11]。

首先，在原有“井口直連自動比對測試方法”的基礎上，通過對地面控制柜程序進行功能升級（智能分注工藝遠程調控配套組態軟件），使其能夠給站控中心發送獲取高壓流量自控儀數據的命令，同時接收站控中心反饋回來的高壓流量自控儀實時數據。其次，配套對站控中心智能分注遠程控制平臺進行功能開發，使其能在接收到地面控制柜命令的同時對高壓流量自控儀數據進行采集，并將數據反饋給控制柜程序，用于自動比對測試。

通過對地面控制柜程序和站控中心遠程控制平臺進行升級，實現了無需井口連線即可完成智能分注井井下流量計的自動比對測試，確保了智能分注井分層配水準確度。升級后的自動比對測試系統對比測試時按下述步驟執行：

（1）當到達設定的自動比對測試數據采集周期時間節點時，地面控制柜程序給站控中心遠程控制平臺發送采集指令，對高壓流量自控儀數據進行采集，平臺采集完成后將數據反饋給控制柜程序。同時，地面控制柜也完成了井下流量計數據的采集。

（2）程序對采集到的數據進行比對，若總瞬時流量差值在設定范圍內，則執行結束命令。若差值超過設定范圍，則調節水嘴，即只開第一層水嘴，然后執行下一步驟。

（3）地面控制柜程序再次按步驟（1）對井下流量計和高壓流量自控儀進行數據采集，然后對采集到的數據進行比對：若差值在設定范圍內，則調節水嘴繼續對下一層進行本項操作；若差值不在設定范圍內，則對數據進行計算得出修正值。

（4）程序通過計算出的修正值完成該層流量計算公式的修正，然后調節水嘴，繼續對下一層進行步驟（3）的數據采集與比對。

（5）依次執行完設定層數的任務，自動比對測試結束。

通過對控制柜程序進行功能升級并配套站控平臺程序開發，實現控制柜對自控儀數據的實時獲取，用于自動比對測試。配套站控平臺對控制柜自動比對測試程序進行各項比對測試參數的設置，系統到達設定的比對測試周期時即可執行該井的自動比對測試，實現了遠程自動測調、自動比對測試功能。同時配套站控平臺還可以進行角色管理，給不同賬號賦予不同權限，便于規范現場管理。

2 應用效果

截至2019 年12 月，智能分注工藝在二連油田共實施43 口井，應用井深范圍1 415～2 343 m，最大井斜度34.5°，最大井口油壓22 MPa，注水量范圍15～45 m3/d，單層最小配注5 m3/d，最多分層4段。目前智能分注分層流量自動比對測試現場已應用38 口井，自動比對測試和測調后的井下各層智能配水儀流量計流量數據與高壓流量自控儀流量數據吻合，誤差在±1%，滿足注水準確度需要，確保了分層注水合格率，智能分注井分注合格率從87.2%提升至97.7%（表1）。

智能分注井自動比對測試功能的實現，有效提升了分注工藝的可靠性和適用性，通過調整單井高壓流量自控儀流量，對各層水量計量儀表進行遠程比對測試，解決了智能分注分層水量誤差問題，使智能分注井分層注水合格率保持在95%以上，取得了較好的分注效果。智能分注工藝根據設定周期自動進行比對測試與測調，提高了井下分層配水的準確度，測調不受時間、氣候、人員等因素的影響，分層數據隨時獲取，節省了人力、物力。

表1 自動比對測試前后數據對比Tab.1 Data before and after the automatic comparison test m3/h

智能分注井通過智能分注站控中心遠程控制平臺進行管控，實現遠程自動比對測試與自動測調，不再進行人為干預，數據讀取直觀便捷，使智能分注工藝更為智能化，適應范圍更廣，為準確注水向智慧注水邁進打下了基礎。

3 結束語

（1）智能分注井自動比對測試有效解決了井下分層水量誤差問題，保障了分層配水準確度及分注井注水合格率，提高了油田開發效果，可為油藏的分析評價提供大量的數據支撐。

（2）智能分注井比對測試全程自動化，無需人工干預，通過智能分注站控中心遠程控制平臺即可遠程實現比對測試，減輕了人員勞動強度。

（3）通過智能分注自動比對測試的創新與研發，使智能分注井適應范圍更廣，對智能分注工藝推廣應用起到了積極的推進作用。

（4）可在其他油田推廣應用智能分注井自動比對測試，以繼續完善智能分注井自動比對測試功能。